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• Catherine Perozo Graterol

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Universidad Rafael Urdaneta. Escuela de Ingeniería Química. Laboratorio de Fisicoquímica. Informe de Laboratorio.

Integrantes: 

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Maracaibo, 21 de Marzo del 2013

Chávez Paola. Colombo Emily. Faría Diego. La Concha Elguis.

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Índice

INTRODUCCIÓN ................................................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. MARCO TEÓRICO ............................................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. DIAGRAMA DEL EQUIPO .................................................................................................................... 12 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO ............................................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. PROCEDIMIENTO ............................................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. DATOS EXPERIMENTALES ............................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. DISCUSIÓN Y RESULTADOS.............................................................................................................. 16 CONCLUSIONES .................................................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. BIBLIOGRAFÍA.................................................................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED. APÉNDICE ............................................................................................ ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

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Introducción El objetivo de esta práctica es determinar los datos experimentales que permitan la obtención del Coeficiente de Reparto para el Ácido Acético entre Agua y Éter Dietílico. Siendo el coeficiente de reparto una constante de equilibrio que depende de la temperatura y la naturaleza de los solventes y soluto involucrados y que se encuentra relacionada con la Ley de Distribución de Nernst. Esta ley establece que cuando un soluto se encuentra ante dos líquidos miscibles y en los cuales es soluble, este se reparte de tal manera que, alcanzado el equilibrio, la relación de las concentraciones del soluto en los dos disolventes es una constante a una determinada temperatura, cualquiera que se la cantidad de soluto o solvente presente El procedimiento experimental que se llevará a cabo para lograr cumplir el objetivo anteriormente planteado consiste en la preparación de cuatro disoluciones con volúmenes fijos de Éter Dietílico y Ácido Acético, este último a 4 concentraciones distintas y conocidas. Estos se colocarán en un embudo de separación que será agitado durante 5 minutos para luego separar las capas formadas y titular con Hidróxido de Potasio, a fin de calcular los datos necesarios que permitan trazar una curva mediante la cual se pueda determinar el valor del Coeficiente de Reparto de la solución utilizada.

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Marco Teórico Ley de Distribución de Nernst Cuando un soluto, a temperatura constante, es añadido en dos solventes inmiscibles que se encuentran en contacto entre sí, el soluto se distribuye entre los dos solventes con diferentes equilibrios de concentración. Si CA y CB representan las concentraciones del primer y segundo solvente, entonces:

La constante K es llamada el coeficiente de distribución o partición del soluto entre los dos solventes a la temperatura dada. El valor de K depende de la naturaleza del soluto y el par de solventes. La ecuación anterior es la forma matemática de la Ley de Distribución de Nernst, la cual establece que a temperatura constante, cuando las diferentes cantidades de un soluto se pueden distribuir entre dos solventes inmiscibles, en contacto entre ellos, entonces la relación en equilibrio entre la concentración del soluto en las dos capas es constante. Esta ley funciona para soluciones ideales, no obstante, si la cantidad de soluto añadida es lo suficientemente pequeña, entonces el coeficiente de distribución es relativamente independiente de las concentraciones. Las precondiciones esenciales para la validez de la ley de distribución son: a. La solución debe estar diluida b. Los dos solventes deben ser inmiscibles. La solubilidad mutual de los dos solventes no debe afectar al soluto. Limitaciones de la Ley de Distribución de Nernst La ley es válida sólo cuando el estado molecular del soluto es el mismo en ambos solventes. Si el soluto pasa por un proceso de disociación o asociación en alguno de los solventes, entonces esta ley no aplica. Entonces, si el soluto permaneces inalterado en uno de los solventes y presenta una disociación parcial en el otro, el valor de las concentraciones totales en los dos solventes no será constante. En estos casos, la ley de distribución puede ser aplicada, con algunas modificaciones:

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a. Disociación del soluto en uno de los solventes: Considere un soluto X el cual se disuelve en el solvente A sin ningún cambio y se disocia en el solvente B en las especies Y y Z. Si CA es la concentración del soluto en el solvente A y CB es la concentración en el solvente B. Si  es el grado de disociación del soluto X en el solvente B, entonces las concentraciones de equilibrio de las especies en el solvente B vienen dadas por: (

)

En este caso, el valor de la concentración de las especies no disociadas en los dos solventes será una constante (

)

De forma similar, si el soluto se disocia en ambos solventes, entonces la ley de distribución es: ( (

) )

Donde A y B son los grados de disociación del soluto en los solventes A y B respectivamente b. Asociación del soluto en uno de los solventes: Suponiendo que no exista un cambio en el estado molecular del soluto X en el solvente A, pero se somete a asociación en el solvente B, resultando las especies asociadas (X)n. Si CA es la concentración del soluto en el solvente A y CB es la concentración en el solvente B. El equilibrio entre las moléculas de soluto simples y asociadas en el solvente B está dada como ( )

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(

)

( )

Donde  es el grado de asociación y n es el número de moléculas de soluto que se combinan para formar una molécula asociada (X)n. Aplicando la ley de la acción de masa en el equilibrio anterior se tiene que ( ) [

(

)]

O [ [

( (

)] )]

(

)

(

)

Entonces la constante de distribución está dada por: (

)

(

) (

)

Como K y  son constantes y dependen sólo de la temperatura, entonces a temperaturas constante, la cantidad nK/ es una constante, y la ecuación anterior se convierte en

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O, lo que es lo mismo

O

De esta última ecuación queda claro que la gráfica de log CA versus log CB dará como resultado una línea recta con pendiente de 1/n y la intercepción igual a log K, por lo que el valor de n y K puede ser calculado.

Aplicaciones de la Ley de Distribución de Nernst Alguna de las aplicaciones más importantes de esta ley son: 1. Complejidad Molecular del Soluto: De los experimentos de distribución, el estado molecular del soluto en solventes puede ser determinado. Si la relación de las concentraciones del soluto en ambos solventes es constante, entonces el soluto se comporta normalmente en los dos solventes. Sin embargo, si el valor (CA/CB) no es constante pero la ecuación (

)

O ( (

) )

Resultan en un valor constante, entonces se puede concluir que el soluto pasa por un proceso de disociación en el solvente B o en ambos solventes A y B. En el caso en que la ecuación

Funcione, el soluto es asociado en moléculas diméricas en el solvente B.

2. Determinación de la Constante de Equilibrio: La ley de distribución puede ser convenientemente utilizada con éxito

en la determinación de la constante de

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equilibrio para reacciones donde uno de los reactantes o productos es soluble en dos solventes inmiscibles. 3. Determinación de la Constante de Hidrólisis y el Grado de Hidrólisis: Cuando uno de los productos dela hidrólisis de una sal es soluble en un solvente inmiscible, mientras que la sal y los otros componentes son no solubles en el mismo, el experimento de distribución puede ser empleado en la evaluación de la constante de hidrólisis.

4. Extracción de Solvente: Uno de los usos más comunes del principio de distribución es el de la extracción de un soluto de una solución mediante otro solvente inmiscible. Este método es generalmente empleado en el laboratorio y la industria. En el laboratorio, el soluto es generalmente extraído de una solución acuosa con la ayuda de un solvente orgánico como el benceno, éter, cloroformo, etc., los cuales son conocidos como solventes de extracción. Un solvente de extracción debe cumplir con los siguientes requerimientos: a. Debe ser completamente inmiscible en el solvente original. b. El soluto debe ser más soluble en el solvente de extracción. c. El solvente de extracción debe ser lo suficientemente volátil como para que el soluto pueda ser recuperado al calentar la solución en un baño maría. Al sacudir la solución que contenga el soluto con un solvente de extracción adecuado, dos capaz son formadas. Las capas son separadas y la capa no acuosa es destilada para obtener el soluto. La extracción con el solvente de extracción puede realizarse de dos formas: a. Usando el volumen total del solvente en un lote. b. Usando fracciones del solvente y repitiendo el proceso de extracción un número determinado de veces. En líneas generales se observa que la extracción por pasos presenta muchas más ventajas que aquella hecha en un solo paso. Cuando el soluto no se asocia, disocia o reacciona con el solvente, se puede calcular la cantidad de soluto que puede ser extraído de la solución. Siendo V0 el volumen de la solución que contiene W g del soluto y V1 el volumen del solvente de extracción usado en casa paso. Si W1 es la cantidad en gramos del soluto que

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permanece sin extraer en el solvente original después de la primera etapa de extracción, entonces la concentración del soluto en el solvente de extracción es:

Y la concentración del soluto en el solvente original

Entonces, el coeficiente de distribución:

(

)

O

En la segunda extracción, es usado el mismo volumen V1 del solvente y si la cantidad de soluto sobrante es W2 entonces la cantidad extraída es (

)

O

(

) (

(

)

)

Si el proceso de extracción se realiza n veces, entonces al final de la n-esima extracción, la cantidad de soluto que permanece sin extraer es dado por

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(

)

Por otro lado, si todo el volumen nV1 del solvente de extracción es usado en un lote, la cantidad de soluto Wn que permanece sin extraer es (

)

(

)

Matemáticamente se puede demostrar que la extracción por pasos presenta mayores ventajas ante la que se realiza en un solo paso, es decir Wn < Wn’. La ecuación (

)

(

)

Puede ser reescrita como

Si

Entonces (

)

Expandiendo

[

(

)

]

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De forma similar, la ecuación (

)

Puede ser escrita como (

)

Es obviamente claro que el denominador de la ecuación expandida es mayor que el de la ecuación anterior, por lo que se puede deducir que Wn es menor que Wn’; por lo que la extracción por pasos siempre será preferible a aquella que se realiza en un solo paso.

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Diagrama del Equipo

E D

A

C

B

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Descripción del Equipo A. Tubo de Ensayo: Mantiene el sistema, que se encuentra dentro del tubo de ensayo, a presión atmosférica. B. Erlenmeyer: Recipiente para agregar la fase acuosa o orgánica que no se va a usar C. Soporte Universal Sostienen el embudo de decantación D. Embudo de decantación: Usado para separar la fase orgánica y la fase acuosa. E. Bureta: Esta cargada con Hidróxido de Potasio para titular la fase acuosa y la fase orgánica

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Procedimiento 1. Medir 20 mL de solución de Ácido Acético a la concentración indicada a continuación.

Mol/Litro 0.75 0.50 0.25 0.10 2. Trasvasar a un embudo de decantación y adicionar 20 mL de éter dietílico.

3. Agitar vigorosamente durante 5 minutos, despresurizando. 4. Dejar en reposo durante 10 minutos, retirando la tapa del embudo de decantación. 5. Separar la fase acuosa (inferior) de la orgánica (superior). 6. Tomar 10 mL de cada fase y trasvasar cada una a un Erlenmeyer por separado. 7. Adicionar 3 gotas de fenolftaleína y titular con KOH 0.2 M. Anotar el volumen consumido.

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Datos Experimentales

Concentración (M) Fase Acuosa (mL) Fase Orgánica (mL) 0.75

26.4

13

0.50

17.5

8.8

0.25

8.8

3.2

0.10

2.1

1.8

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Discusión y Resultados En el laboratorio se trabajó la técnica de extracción simple que consiste en separar un soluto de una solución, con un solvente extractor. El solvente extractor debe reunir las siguientes condiciones: 1.- Inmiscible en el solvente original 2.- Volátil 3.- Que no reacciones en el medio Uno de los criterios para la selección de un solvente extractor es el valor de K (Coeficiente de Reparto), a menores valores de K, mejor es el solvente extractor. En la grafica se puede observar que un punto de la recta queda por fuera esto se debe a que en el momento de titular utilizamos un volumen mayor del NaOH que el necesario para llegar al punto de equivalencia y eso produce un margen de error al realizar nuestros cálculos. Se determinó que hay un mayor volumen en la fase acuosa en comparación con la fase orgánica, y esto se debe a que el Ácido acético se distribuye más en la fase acuosa ya que los dos componentes forman puentes de hidrogeno. El coeficiente de K calculado entre el cloroformo y el agua es 3. La línea recta trazada con los valores de concentración de ambas fase obtenidos tiende a una línea recta bastante estable comparada con la tendencia. Uno de los criterios para la selección de un solvente extractor es el valor de K (Coeficiente de Reparto), a menores valores de K, mejor es el solvente extractor. Por otro lado, al comparar el coeficiente de reparto experimental del ácido acético en hidróxido de sodio y éter dietílico con el coeficiente de reparto teórico del acido acético, K=1.5066, puede notarse una diferencia considerable entre estos, lo cual se debe a que: la temperatura del laboratorio no haya sido la indicada, mientras que la temperatura a la cual fue tomada el coeficiente teórico fue 25ºC; el tiempo de agitación pudo no haber sido suficiente para lograr un contacto óptimo entre el hidróxido de sodio-ácido acético y el ácido acético-éter dietílico; y además, la separación de las fases pudo no ser precisa.

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Conclusiones.

 Se logro calcular el coeficiente de reparto para el sistema hidróxido de potasio-acido acético-éter di etílico  Pudimos comprobar la miscibilidad del acido acético con el éter di etílico por su capacidad de formar puentes de hidrogeno  Se construyo la curva de Log C1 vs Log C2

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Bibliografía

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http://www.buenastareas.com/ensayos/Fenol-Agua/1858965.html



CASTELLAN, Gilbert W. Físico-Química. 2ª Ed., Editorial Addison Wesley Longman. pp. 340-343



MARON, Samuel H. y PRUTTON, Carl F. Fundamentos de Fisicoquímica. Editorial Limusa. pp 296-299



http://html.rincondelvago.com/sistema-fenol-agua.html



http://catedras.quimica.unlp.edu.ar/fisicoquimica/tp/fenol-agua.pdf